DE102022114918A1 - IMMERSION COOLING CASING - Google Patents

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Seungwon Im
Oseob Jeon
Michael J. Seddon
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Semiconductor Components Industries LLC
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    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
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Abstract

Implementierungen eines Halbleitergehäuses können ein oder mehr in ein Substrat eingebettete Halbleiter-Dies; mindestens drei Stiftrippenanschlüsse, die mit dem Substrat gekoppelt sind; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder und einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung einschließen, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind. Der Aufnahmeabschnitt kann dazu konfiguriert sein, an einer Aufnahme in einer Immersionskühlkammer befestigt zu werden, die Kühlmittel einschließen kann.Implementations of a semiconductor package may include one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least three pin fin terminals coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and include a coating directly coupled to all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation. The receptacle portion may be configured to attach to a receptacle in an immersion cooling chamber that may contain coolant.

Description

OUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENOVERREFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Dieses Dokument beansprucht den Vorteil des Anmeldedatums der vorläufigen US-Patentanmeldung 63/202.561 mit dem Titel „Immersion Cooling Package“ von Im et al., die am 16. Juni 2021 eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.This document claims the benefit of the filing date of the provisional U.S. Patent Application 63/202,561 entitled "Immersion Cooling Package" by Im et al., filed June 16, 2021, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

HINTERGRUNDBACKGROUND

1. Technisches Gebiet1. Technical field

Gesichtspunkte dieses Dokuments betreffen allgemein Halbleitergehäuse, wie beispielsweise Gehäuse für Halbleitervorrichtungen. Weitere spezifische Implementierungen beinhalten Gehäuse für Leistungshalbleitervorrichtungen.Aspects of this document relate generally to semiconductor packages, such as packages for semiconductor devices. Other specific implementations include packages for power semiconductor devices.

2. Hintergrund2. Background

Halbleitergehäuse dienen dazu, elektrische Verbindungen zwischen einem Halbleiter-Die und anderen elektrischen Komponenten in einem System herzustellen. Halbleitergehäuse wurden auch konzipiert, um ein Halbleiter-Die vor physischen Kräften (Aufprall, Wärmebelastung, mechanische Belastung) und vor Umgebungsvariablen wie Feuchtigkeit oder Licht zu schützen.Semiconductor packages are used to make electrical connections between a semiconductor die and other electrical components in a system. Semiconductor packages were also designed to protect a semiconductor die from physical forces (impact, thermal stress, mechanical stress) and environmental variables such as moisture or light.

KURZDARSTELLUNGEXECUTIVE SUMMARY

Implementierungen eines Halbleitergehäuses können ein oder mehr in ein Substrat eingebettete Halbleiter-Dies; mindestens drei Stiftrippenanschlüsse, die mit dem Substrat gekoppelt sind; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder und einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung einschließen, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind. Der Aufnahmeabschnitt kann dazu konfiguriert sein, an einer Aufnahme in einer Immersionskühlkammer befestigt zu werden, die Kühlmittel einschließen kann.Implementations of a semiconductor package may include one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least three pin fin terminals coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and include a coating directly coupled to all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation. The receptacle portion may be configured to attach to a receptacle in an immersion cooling chamber that may contain coolant.

Implementierungen von Halbleitergehäusen können eines, alle oder beliebige der folgenden einschließen:

  • Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können parallel gekoppelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.
Semiconductor package implementations may include any, all, or any of the following:
  • The one or more semiconductor dies can be coupled in parallel when embedded in the substrate.

Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können gestapelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.The one or more semiconductor dies can be stacked when embedded in the substrate.

Die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse können ein P-Anschluss, N-Anschluss und ein Ausgangsanschluss sein.The at least three pin fin connections can be a P-connection, N-connection and an output connection.

Der N-Anschluss und der P-Anschluss können mit gegenüberliegenden Seiten des Substrats gekoppelt sein.The N-terminal and the P-terminal can be coupled to opposite sides of the substrate.

In verschiedenen Implementierungen von Gehäusen kann nur ein Substrat eingeschlossen sein.In various implementations of packages, only one substrate may be enclosed.

Die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse können sechs Stiftrippenanschlüsse sein und die sechs Stiftrippenanschlüsse können ein P-Anschluss, ein N-Anschluss, ein U-Ausgangsanschluss, ein V-Ausgangsanschluss und ein W-Ausgangsanschluss sein.The at least three pin-rib terminals may be six pin-rib terminals, and the six pin-rib terminals may be a P-terminal, an N-terminal, a U-out terminal, a V-out terminal, and a W-out terminal.

Das Gehäuse kann ein Traktionsumrichtermodul sein.The housing can be a traction converter module.

Implementierungen eines Immersionskühlsystems können eine Immersionskühlkammer einschließen, die ein Kühlmittel einschließt, das mit einem Kühl-Wärmetauscher gekoppelt ist; wobei ein Halbleitergehäuse in das Kühlmittel eingetaucht ist. Das Halbleitergehäuse kann ein oder mehrere Halbleiter-Dies, die in ein Substrat eingebettet sind; mindestens einen Stiftrippenanschluss, der mit dem Substrat gekoppelt ist; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder; einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung einschließen, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind.Implementations of an immersion cooling system may include an immersion cooling chamber enclosing a coolant coupled to a cooling heat exchanger; wherein a semiconductor package is immersed in the coolant. The semiconductor package may include one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least one pin fin terminal coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector; a receiving portion coupled to the substrate; and include a coating directly coupled to all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation.

Implementierungen eines Immersionskühlsystems können eines, alle oder beliebige der Folgenden einschließen:

  • Der Aufnahmeabschnitt kann dazu konfiguriert sein, an einer mit der Immersionskühlkammer gekoppelten Aufnahme befestigt zu werden.
Implementations of an immersion cooling system may include any, all, or any of the following:
  • The receptacle portion can be configured to be attached to a receptacle coupled to the immersion cooling chamber.

Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können parallel gekoppelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.The one or more semiconductor dies can be coupled in parallel when embedded in the substrate.

Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können gestapelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.The one or more semiconductor dies can be stacked when embedded in the substrate.

Der mindestens eine Stiftrippenanschluss kann drei Stiftrippenanschlüsse sein und wobei die drei Stiftanschlüsse ein P-Anschluss, N-Anschluss und ein Ausgangsanschluss sein können.The at least one pin-rib terminal may be three pin-rib terminals, and the three pin terminals may be a P-terminal, N-terminal, and an output terminal.

Der N-Anschluss und der P-Anschluss können mit gegenüberliegenden Seiten des Substratsystems gekoppelt sein, wobei nur ein Substrat in das Halbleitergehäuse eingeschlossen sein kann.The N-terminal and the P-terminal can be connected to opposite sides of the substrate be coupled systems, wherein only one substrate can be included in the semiconductor package.

Der/Die mindestens (eine) Stiftrippenanschlüsse können sechs Stiftrippenanschlüsse sein und wobei die sechs Stiftrippenanschlüsse ein P-Anschluss, ein N-Anschluss, ein U-Ausgangsanschluss, ein V-Ausgangsanschluss und ein W-Ausgangsanschluss sein können.The at least (one) pin-rib terminals may be six pin-rib terminals and wherein the six pin-rib terminals may be a P-terminal, an N-terminal, a U-out terminal, a V-out terminal, and a W-out terminal.

Das Halbleitergehäuse kann ein Traktionsumrichtermodul sein.The semiconductor package can be a traction converter module.

Implementierungen eines Verfahrens zum Bilden eines Halbleitergehäuses können das Einbetten eines oder mehrerer Halbleiter-Dies in ein Substrat; Koppeln mindestens eines Stiftrippenanschlusses direkt mit einer Seite des Substrats unter Verwendung eines Fügeprozesses; Koppeln mindestens eines Signalanschlussdrahtverbinders und eines mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitts; und Aufbringen einer Beschichtung direkt über alle Oberflächen des Substrats einschließen, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind.Implementations of a method of forming a semiconductor package may include embedding one or more semiconductor dies in a substrate; coupling at least one pin fin terminal directly to a side of the substrate using a bonding process; coupling at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and applying a coating directly over all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation.

Implementierungen eines Verfahrens zum Ausbilden eines Halbleitergehäuses können eines, alle oder jegliche der folgenden einschließen:

  • Das Einbetten des einen oder der mehreren Halbleiter-Dies kann ferner das Stapeln von zwei oder mehr Halbleiter-Dies einschließen.
Implementations of a method of forming a semiconductor package may include one, all, or any of the following:
  • Embedding the one or more semiconductor dies may further include stacking two or more semiconductor dies.

Das Einbetten des einen oder der mehreren Halbleiter-Dies kann ferner das parallele elektrische Koppeln von zwei oder mehr Halbleiter-Dies einschließen.Embedding the one or more semiconductor dies may further include electrically coupling two or more semiconductor dies in parallel.

Die vorstehenden und weitere Gesichtspunkte, Merkmale und Vorteile werden für den Fachmann aus der BESCHREIBUNG und den ZEICHNUNGEN sowie aus den ANSPRÜCHEN offensichtlich sein.The above and other aspects, features and advantages will be apparent to those skilled in the art from the DESCRIPTION and DRAWINGS, as well as from the CLAIMS.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden werden Implementierungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen und Folgendes gilt:

  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses, das in einer Immersionskühlkammer platziert ist;
  • 2 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses, das in einer Immersionskühlkammer platziert ist;
  • 3 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses mit parallel gekoppeltem Halbleiter-Die;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses mit aufeinander gestapelten Halbleiter-Dies;
  • 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Implementierung eines Substrats nach dem Einbetten der Halbleiter-Dies darin;
  • 6 ist eine Querschnittsansicht der Substratimplementierung von 5 nach dem Koppeln von drei Stiftrippenanschlüssen unter Verwendung eines Fügeprozesses;
  • 7 ist eine Querschnittsansicht der Gehäuseimplementierung von 7 nach dem Koppeln von Anschlüssen mit den drei Stiftrippenanschlüssen; und
  • 8 ist eine Querschnittsansicht der Gehäusesausführung von 7 nach dem Aufbringen einer Beschichtung auf die freiliegenden Substratoberflächen.
Implementations are described below in conjunction with the accompanying drawings, wherein like reference numbers denote like elements and the following applies:
  • 1 Figure 12 is a perspective view of an implementation of a semiconductor package placed in an immersion cooling chamber;
  • 2 Figure 12 is a cross-sectional view of an implementation of a semiconductor package placed in an immersion cooling chamber;
  • 3 Fig. 12 is a cross-sectional view of an implementation of a parallel-coupled semiconductor die semiconductor package;
  • 4 Figure 12 is a cross-sectional view of an implementation of a semiconductor package with stacked semiconductor dice;
  • 5 Figure 12 is a cross-sectional side view of an implementation of a substrate after embedding the semiconductor dies therein;
  • 6 FIG. 12 is a cross-sectional view of the substrate implementation of FIG 5 after coupling three pin fin terminals using a joining process;
  • 7 FIG. 12 is a cross-sectional view of the package implementation of FIG 7 after mating connectors to the three pin fin connectors; and
  • 8th 12 is a cross-sectional view of the housing embodiment of FIG 7 after applying a coating to the exposed substrate surfaces.

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Diese Offenbarung, ihre Gesichtspunkte und Implementierungen sind nicht auf die hier offenbarten speziellen Komponenten, Montageprozeduren oder Verfahrenselemente beschränkt. Viele weitere im Stand der Technik bekannte Komponenten, Montageverfahren und/oder Verfahrenselemente, die mit dem angestrebten Halbleitergehäuse vereinbar sind, gehen aus dieser Offenbarung zur Verwendung mit besonderen Implementierungen hervor. Entsprechend können zum Beispiel, obwohl besondere Implementierungen offenbart sind, diese Implementierungen und implementierenden Komponenten beliebige Formen, Größen, Bauarten, Typen, Modelle, Versionen, Abmessungen, Konzentrationen, Materialien, Mengen, Verfahrenselemente, Verfahrensschritte und/oder dergleichen aus dem Stand der Technik für diese Halbleitergehäuse sowie implementierenden Komponenten und Verfahren umfassen, die mit der angestrebten Wirkungsweise und den angestrebten Verfahren vereinbar sind.This disclosure, its aspects, and implementations are not limited to the specific components, assembly procedures, or method elements disclosed herein. Many other components, assembly methods, and/or method elements known in the art that are compatible with the desired semiconductor package will become apparent from this disclosure for use with particular implementations. Accordingly, for example, although particular implementations are disclosed, these implementations and implementing components can be any shape, size, make, type, model, version, dimension, concentration, material, quantity, process element, process step, and/or the like known in the art these semiconductor packages and implementing components and methods that are consistent with the intended operation and methods.

Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Implementierung eines Halbleitergehäuses 2 veranschaulicht, das innerhalb einer Immersionskühlkammer 4 platziert ist, die darin ein Kühlmittel 6 enthält. Wie veranschaulicht, enthält die Immersionskühlkammer 4 in dieser Implementierung sowohl Flüssigphasenkühlmittel 8 als auch Dampfphasenkühlmittel 10. In anderen Implementierungen kann das Kühlmittel 6 jedoch nur als flüssige Phase in der Immersionskühlkammer 4 vorliegen. Wie hierin verwendet, schließt „Immersionskühlung“ ein, dass mindestens ein Abschnitt des Halbleitergehäuses in eine flüssige Phase des Kühlmittels eingetaucht ist, und schließt somit Situationen ein, in denen ein Einphasen- oder Zweiphasenkühlmittel in einer Immersionskühlkammer eingesetzt wird. In verschiedenen Implementierungen ist die Immersionskühlkammer 4 als Teil eines elektronischen Systems enthalten, wie, als nicht einschränkendes Beispiel, einer Autobatterie, eines Elektromotors, eines Fahrzeugs oder eines beliebigen anderen elektronischen Systems, das ein Halbleiter-Die verwendet. Die Immersionskühlkammer 4 kann selbsttragend und ein geschlossenes System ohne einen Auslass sein, das auf Umgebungs- oder externe Zwangskonvektionskühlung der Außenfläche der Kammer beruht, um Wärme abzuführen, die von dem Kühlmittel 6 (sowohl für Situationen mit Zweiphasen- als auch Einphasen-Kühlmittel) übertragen wird. In anderen Implementierungen kann die Immersionskühlkammer 4 mit einem Kühl-Wärmetauscher gekoppelt sein, der erwärmtes Kühlmittel 6 vom Inneren der Kammer 4 aufnimmt, daraus Wärme entfernt und dann das gekühlte Kühlmittel wieder in die Immersionskühlkammer zurückführt. Wie in 1 veranschaulicht, ist ein Kühl-Wärmetauscher 12 veranschaulicht, der verdampftes Kühlmittel 10 aufnimmt und dann unter Verwendung des Wärmetauschers 14 kondensiert, um flüssiges Kühlmittel 8 zu der Kammer 4 zurückzuführen. In anderen Implementierungen kann der Kühl-Wärmeaustausch unter Umständen jedoch nur flüssiges Kühlmittel von der Immersionskühlkammer aufnehmen und kühlen, selbst wenn zwei Phasen des Kühlmittels in der Kammer vorhanden sind. Mit den in diesem Dokument offenbarten Prinzipien können eine große Vielfalt von Kammertypen und Kühl-Wärmeaustauschtypen aufgebaut werden. In bestimmten Implementierungen kann das verwendete Kühlmittel ein chemisch inertes Kühlmittel sein. In anderen Implementierungen kann das verwendete Kühlmittel ein dielektrisches Fluid sein. In einigen Implementierungen kann das Kühlmittel eines der inerten und dielektrischen Kühlmittel sein, die unter dem Handelsnamen FLUORINERT von 3M, St. Paul, Minnesota, vertrieben wird.With reference to 1 Figure 1 illustrates an implementation of a semiconductor package 2 placed within an immersion cooling chamber 4 containing a coolant 6 therein. As illustrated, in this implementation, immersion cooling chamber 4 contains both liquid phase coolant 8 and vapor phase coolant 10. However, in other implementations, coolant 6 may exist in immersion cooling chamber 4 only as a liquid phase. As used herein, "immersion cooling" includes at least a portion of the semiconductor package being immersed in a liquid phase of the coolant and closing thus, situations where a single-phase or two-phase coolant is employed in an immersion cooling chamber. In various implementations, the immersion cooling chamber 4 is included as part of an electronic system, such as, by way of non-limiting example, a car battery, an electric motor, a vehicle, or any other electronic system that uses a semiconductor die. The immersion cooling chamber 4 can be self-supporting and a closed system without an outlet that relies on ambient or external forced convection cooling of the outer surface of the chamber to remove heat transferred from the coolant 6 (both for two-phase and single-phase coolant situations). will. In other implementations, the immersion cooling chamber 4 may be coupled to a cooling heat exchanger that receives heated coolant 6 from inside the chamber 4, removes heat therefrom, and then returns the cooled coolant to the immersion cooling chamber. As in 1 1, a refrigeration heat exchanger 12 is illustrated that receives vaporized refrigerant 10 and then condenses it using heat exchanger 14 to return liquid refrigerant 8 to chamber 4. FIG. However, in other implementations, the cooling heat exchange may only receive and cool liquid coolant from the immersion cooling chamber, even if two phases of the coolant are present in the chamber. A wide variety of chamber types and cooling heat exchange types can be constructed with the principles disclosed in this document. In certain implementations, the coolant used can be a chemically inert coolant. In other implementations, the coolant used can be a dielectric fluid. In some implementations, the coolant may be any of the inert and dielectric coolants sold under the tradename FLUORINERT by 3M of St. Paul, Minnesota.

Wie in 1 veranschaulicht, ist das veranschaulichte Halbleitergehäuse ein Traktionsumrichter, der dazu ausgelegt ist, Gleichstrom von einer Batterie in Wechselstrom umzuwandeln, der zum Antreiben eines Elektromotors verwendet wird. Die hierin offenbarten Prinzipien können jedoch verwendet werden, um Halbleitergehäuse für viele andere Typen von elektronischen Vorrichtungen zu bilden. In dieser Gehäuseimplementierung sind mindestens sechs Stiftrippenanschlüsse eingeschlossen, die den Anschlüssen des Elektromotors entsprechen: P-Anschluss 16, N-Anschluss 18, U-Anschluss 20, V-Anschluss 22 und W-Anschluss 24. Signalanschlussdrahtverbinder 26 sind ebenfalls in diesem Gehäuse eingeschlossen. Während des Betriebs werden entsprechende elektrische Kabel (nicht zu Zwecken der Veranschaulichung in 1 gezeigt) mit jedem der Anschlüsse und Signalanschlussdrahtverbinder verbunden, um zu ermöglichen, dass das Gehäuse mit einem elektrischen Motor elektrisch verbunden wird. Die Stiftrippenanschlüsse schließen mehrere Rippen (in diesem Fall Stiftrippen) ein, die sich in das Kühlmittel erstrecken und die Oberfläche jedes Anschlusses entsprechend erhöhen, um die Wärmeübertragung von dem Halbleitergehäuse auf das Kühlmittel zu erhöhen. Während die Verwendung von geraden Rippen 28 mit den Stiftrippenanschlüssen in 1 veranschaulicht ist, können verschiedene Implementierungen eine große Vielfalt von Rippen und andere Projektionstypen einschließen, wie, als nicht einschränkendes Beispiel, Stifte, Kegel, kegelstumpfförmige Formen, rechteckige Schutzvorrichtungen, gekrümmte Vorsprünge oder jede andere dreidimensionale Rippen- oder Stiftform.As in 1 As illustrated, the semiconductor package illustrated is a traction inverter configured to convert direct current from a battery to alternating current used to power an electric motor. However, the principles disclosed herein can be used to form semiconductor packages for many other types of electronic devices. Included in this housing implementation are at least six pin fin terminals that correspond to the electric motor terminals: P-terminal 16, N-terminal 18, U-terminal 20, V-terminal 22 and W-terminal 24. Signal lead wire connectors 26 are also enclosed in this housing. During operation, related electrical cables (not for illustration purposes in 1 shown) connected to each of the terminals and signal lead wire connectors to allow the housing to be electrically connected to an electric motor. The pin-fin leads include a plurality of fins (pin-fins in this case) that extend into the coolant and correspondingly increase the surface area of each lead to increase heat transfer from the semiconductor package to the coolant. While the use of straight ribs 28 with the pin rib terminals in 1 As illustrated, various implementations can include a wide variety of ribs and other projection types such as, as non-limiting examples, pins, cones, frusto-conical shapes, rectangular guards, curved protrusions, or any other three-dimensional rib or pin shape.

Bezug nehmend auf 2 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Halbleitergehäuses 30 in einer Immersionskühlkammer 32 veranschaulicht. Die Immersionskühlkammer 32 arbeitet in einem Zweiphasenmodus mit Kühlmittel 34 zusammen mit dem Kühl-Wärmetauscher 36, der ähnlich der in 1 veranschaulichten Implementierung funktioniert. Hier ist die interne Struktur des Halbleitergehäuses 30 veranschaulicht, das den N-Stiftrippenanschluss 38, den P-Stiftrippenanschluss 40 und den Ausgangsstiftrippenanschluss 42 zeigt. Jeder der Stiftrippenanschlüsse 38, 40, 42 schließt Anschlussabschnitte 44, 46, 48 ein, die dazu ausgelegt sind, mit einem elektrischen Kabel gekoppelt zu werden, das mit Rippenabschnitten 50, 52, 54 gekoppelt ist. Die Rippenabschnitte 50, 52, 54 sind direkt durch eine Fügestelle/Bondung (die das zugehörige Bonding-Material einschließt) mit dem Substrat 56 gekoppelt. Das Substrat 56 schließt vier Halbleiter-Dies 58, 60, 62, 64 ein, die in das Material des Substrats selbst zusammen mit entsprechenden Leiterbahnen 66, 68 eingebettet sind, die die Dies 58, 60, 62, 64 mit jedem der entsprechenden Rippenabschnitte 50, 52, 54 elektrisch koppeln. Ein zusätzlicher Signalanschlussdrahtverbinder 70 ist an einem Ende des Substrats 56 angrenzend an den Aufnahmeabschnitt 72 gekoppelt, der dazu ausgelegt ist, das Koppeln des gesamten Gehäuses 30 in eine Halterung innerhalb der Immersionskühlkammer 32 zu ermöglichen. Die besonderen Formen der verschiedenen Anschlussabschnitte 44, 46, 48, des Signalanschlussdrahtverbinders 70 und des Aufnahmeabschnitts 72 werden durch den besonderen elektrischen Kabelverbinder bestimmt, der verwendet wird, oder der Aufnahmestruktur, die verwendet wird, um die Kopplung mit dem Aufnahmeabschnitt 72 herzustellen. Eine große Vielfalt von Steckverbindertypen und Aufnahmekopplungsstrukturen kann in verschiedenen Implementierungen verwendet werden und der Durchschnittsfachmann ist leicht in der Lage, den geeigneten Anschluss, den Anschlussdrahtverbinder und die Aufnahmeabschnittstypen und -strukturen unter Verwendung der in diesem Dokument offenbarten Prinzipien auszuwählen.Referring to 2 1, a cross-sectional side view of a semiconductor package 30 in an immersion cooling chamber 32 is illustrated. The immersion cooling chamber 32 operates in a two-phase mode with coolant 34 in conjunction with the cooling heat exchanger 36, which is similar to that in FIG 1 illustrated implementation works. Illustrated here is the internal structure of the semiconductor package 30 showing the N-pin fin connection 38, the P-pin fin connection 40 and the output pin fin connection 42. FIG. Each of the pin fin terminals 38,40,42 includes terminal portions 44,46,48 adapted to be coupled to an electrical cable coupled to fin portions 50,52,54. The fin portions 50, 52, 54 are directly coupled to the substrate 56 by a joint/bond (which includes the associated bonding material). The substrate 56 includes four semiconductor dies 58, 60, 62, 64 embedded in the material of the substrate itself along with respective conductive traces 66, 68 connecting the dies 58, 60, 62, 64 to each of the respective fin portions 50 , 52, 54 electrically couple. An additional signal pigtail connector 70 is coupled at one end of the substrate 56 adjacent the receiving portion 72 that is configured to allow the entire housing 30 to be coupled into a mount within the immersion cooling chamber 32 . The particular shapes of the various terminal portions 44, 46, 48, signal pigtail connector 70 and receptacle portion 72 are determined by the particular electrical cable connector that is used or the receptacle structure that is used to couple to the receptacle portion 72. A wide variety of connector types and receptacle coupling structures may be used in various implementations, and those of ordinary skill in the art will readily determine the appropriate terminal, lead wire connector, and receptacle section types and structures using the principles disclosed in this document.

In einem Satz von Implementierungen kann das Material des Substrats 56 ein beliebiges von einer großen Vielfalt von Materialtypen sein, die für Leiterplatten verwendet werden, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, FR1, FR2, FR4, FR5, FR6, G-10, G-11, Aluminiumoxid, glasverstärktes Epoxylaminat, Laminate, isolierte Metallsubstrate, Polyimidfolie oder ein anderer Leiterplatten-Materialtyp, in das Halbleiter-Dies eingebettet werden können. In einem anderen Satz von Implementierungen kann das Material des Substrats ein Direct-Bonded-Copper-Substrat (DBC-Substrat) sein. In noch anderen Implementierungen kann das Substrat ein isoliertes Metallsubstrat (IMS) sein. In noch anderen Implementierungen kann das Substrat ein Keramiksubstrat sein. Da Abschnitte des Substrats 56 auch nach dem Koppeln der Stiftrippenanschlüsse 38, 40, 42 daran freiliegen, wird eine Beschichtung 74 mit der Außenfläche des Substrats 56 gekoppelt. Die Beschichtung 74 kann eine große Anzahl von Effekten bereitstellen, wie, als nicht einschränkendes Beispiel, Korrosionsschutz; Ionengettern zur Verlängerung der Lebensdauer; physischen Schutz während der Montage; mechanischen Schutz vor Kühlmittelfluss über die Oberfläche; Partikel-/Flockenschutz von Partikeln aus der Kammer, dem Gehäuse und/oder Montagedebris; und andere positive Auswirkungen, die sich aus dem Schutz des Materials des Substrats 56 vor dem Kühlmittel 34 ergeben.In one set of implementations, the substrate 56 material may be any of a wide variety of material types used for printed circuit boards, including, by way of non-limiting example, FR1, FR2, FR4, FR5, FR6, G-10, G- 11, alumina, glass reinforced epoxy laminate, laminates, insulated metal substrates, polyimide film or any other type of circuit board material in which semiconductor dies can be embedded. In another set of implementations, the material of the substrate may be a Direct Bonded Copper (DBC) substrate. In still other implementations, the substrate may be an insulated metal substrate (IMS). In still other implementations, the substrate may be a ceramic substrate. Because portions of the substrate 56 are exposed even after the pin fin terminals 38, 40, 42 are coupled thereto, a coating 74 is coupled to the outer surface of the substrate 56. FIG. The coating 74 can provide a large number of effects such as, by way of non-limiting example, anti-corrosion; ion getters for lifetime extension; physical protection during assembly; mechanical protection against coolant flow over the surface; Particle/flake protection from particles from the chamber, housing and/or assembly debris; and other beneficial effects resulting from the protection of the substrate 56 material from the coolant 34.

Während die Beschichtung 74 in 2 veranschaulicht ist, wie sie auf alle freiliegenden Oberflächen des Substrats 56 aufgebracht wird, können in anderen Implementierungen eine, alle oder eine beliebige Anzahl der Oberflächen/Seiten des Substrats 56 beschichtet sein. Die Verwendung der Beschichtung 74 kann auch den Schutz der auf dem/an dem Substrat 56 gebildeten Drahtbonds ermöglichen, da die Beschichtung die Drahtbonds vollständig bedecken kann und diese mechanisch und physisch vor dem Kühlmittelfluss und Partikeln schützen kann. Die Verwendung der Beschichtung kann auch bei der Reparatur aller Komponenten des Gehäuses während der Montage helfen, da Komponenten vor der vollständigen Montage einzeln getestet werden können. Während in 2 eine einzige Schicht aus Beschichtungsmaterial veranschaulicht ist, können mehrere Schichten von Beschichtungsmaterial(en) in verschiedenen Implementierungen aufgebracht werden, die jeweils aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Die Beschichtung 74 kann aus einer großen Vielfalt von Materialien gebildet sein, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, Epoxiden, Novolakharzen, Polymerfilmen, Aluminiumoxid, Titannitrid, Formmasse, einer beliebigen Kombination davon oder einem beliebigen anderen Material, das in der Lage ist, auf das Substrat aufgebracht zu werden und gegen das Kühlmittel beständig ist. In bestimmten Implementierungen kann die Fähigkeit, Aluminiumoxid und/oder Titannitrid als Beschichtung zu verwenden, zu einer dünnen Folie führen, die einen angemessenen Schutz in der Umgebung der Immersionskühlkammer bereitstellt, während eine zusätzliche Wärmeübertragung von dem Substrat selbst erleichtert wird. Wenn zum Beispiel der Film aus Aluminiumoxid und/oder Titannitrid gebildet ist, kann die Filmdicke, als nicht einschränkendes Beispiel, weniger als etwa 5 Mikrometer, zwischen etwa 1 Mikrometer und etwa 5 Mikrometer, zwischen etwa 1,5 Mikrometer und etwa drei Mikrometer betragen.While the coating is 74 in 2 As illustrated as being applied to all exposed surfaces of the substrate 56, in other implementations one, all, or any number of the surfaces/sides of the substrate 56 may be coated. The use of the coating 74 may also allow for protection of the wire bonds formed on the substrate 56 as the coating may completely cover the wire bonds and mechanically and physically protect them from coolant flow and particulate matter. The use of the coating can also aid in the repair of all components of the case during assembly as components can be individually tested prior to full assembly. while in 2 Where a single layer of coating material is illustrated, multiple layers of coating material(s) may be applied in different implementations, each made of the same or different materials. The coating 74 may be formed from a wide variety of materials including, as a non-limiting example, epoxies, novolak resins, polymeric films, alumina, titanium nitride, molding compound, any combination thereof, or any other material capable of being adhered to Substrate to be applied and is resistant to the coolant. In certain implementations, the ability to use alumina and/or titanium nitride as a coating can result in a thin foil that provides adequate protection in the vicinity of the immersion cooling chamber while facilitating additional heat transfer from the substrate itself. For example, when the film is formed of alumina and/or titanium nitride, the film thickness may be less than about 5 microns, between about 1 micron and about 5 microns, between about 1.5 microns and about 3 microns, as a non-limiting example.

Eine große Vielfalt von Konfigurationen und Typen von Halbleiter-Dies und Leiterbahnen können in verschiedenen Substratimplementierungen verwendet werden. Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Halbleitergehäuse 76 veranschaulicht, das ein Substrat 78, das ein erstes Paar von bipolaren Transistoren mit integriertem Gate (IGBT) 80 enthält, und eine Diode 82 einschließt, die elektrisch parallel zu einem zweiten Paar eines IGBT 84 und der Diode 86 durch Leiterbahnen 88 mit dem Ausgangsanschluss 90 gekoppelt ist. Hier sind der Emitter und die Anode des ersten IGBT-/Diodenpaares 80, 82 durch die zentrale Leiterbahn der Leiterbahnen 88 mit dem Kollektor und der Kathode des zweiten IGBT-/Diodenpaares 84, 86 gekoppelt. Die Fähigkeit, das Die elektrisch parallel zu koppeln, ermöglicht es, dass das Gehäuse kompakter gemacht wird und das erste IGBT-/Diodenpaar 80, 82 zwischen zwei Kühlkörpern in Form von Stiftrippenanschlüssen 92, 94 angeordnet ist. Dies kann eine erhöhte Wärmeübertragung für das erste IGBT-/Diodenpaar 80, 82 im Vergleich zu der Wärmeübertragung von dem zweiten IGBT-/Diodenpaar 84, 86 ermöglichen. Diese Konfiguration kann wünschenswert sein, wenn eine erhöhte Wärmeübertragung für ein oder mehrere der Halbleiter-Dies relativ zu einem anderen Die in dem Substrat erforderlich ist und/oder wobei ein bestimmter Formfaktor für das Halbleitergehäuse gewünscht wird.A wide variety of configurations and types of semiconductor dies and traces can be used in different substrate implementations. With reference to 3 Illustrated is a semiconductor package 76 including a substrate 78 containing a first pair of integrated gate bipolar transistors (IGBT) 80 and a diode 82 electrically connected in parallel with a second pair of IGBT 84 and diode 86 by conductive traces 88 is coupled to the output port 90 . Here the emitter and anode of the first IGBT/diode pair 80,82 are coupled through the center trace of the traces 88 to the collector and cathode of the second IGBT/diode pair 84,86. The ability to electrically couple the die in parallel allows the package to be made more compact and the first IGBT/diode pair 80,82 to be sandwiched between two heatsinks in the form of pin fin connectors 92,94. This may allow for increased heat transfer for the first IGBT/diode pair 80,82 compared to the heat transfer from the second IGBT/diode pair 84,86. This configuration may be desirable when increased heat transfer is required for one or more of the semiconductor dies relative to another die in the substrate and/or where a particular form factor is desired for the semiconductor package.

4 veranschaulicht eine Implementierung einer Halbleitervorrichtung 96, bei der ein erstes IGBT-/Diodenpaar 98, 100 in einer gestapelten Konfiguration über einem zweiten IGBT-/Diodenpaar 102, 104 gekoppelt ist. Elektrisch sind der Kollektor und die Kathode des ersten IGBT-/Diodenpaares 98, 100 über die zentrale Leiterbahn 106 mit dem Emitter und der Anode des zweiten IGBT-/Diodenpaares 102, 104 gekoppelt. In dieser Konfiguration sind das erste IGBT-/Diodenpaar 98, 100 und das zweite IGBT-/Diodenpaar 102, 104 elektrisch in Reihe gekoppelt. Hier platziert dieses Design alle der in das Substrat 108 eingebetteten Halbleiter-Dies zwischen den beiden Stiftrippenanschlüssen 110, 112, wodurch sichergestellt ist, dass die jeweils verfügbare Kühlwirkung im Wesentlichen äquivalent ist, einschließlich der Kühlwirkung der zentralen Leiterbahn 106, die als Wärmeleitung zum Ausgangsstiftrippenanschluss 114 fungieren kann. 4 1 illustrates an implementation of a semiconductor device 96 in which a first IGBT/diode pair 98,100 is coupled in a stacked configuration over a second IGBT/diode pair 102,104. Electrically, the collector and cathode of the first IGBT/diode pair 98,100 are coupled to the emitter and anode of the second IGBT/diode pair 102,104 via the central conductor track 106. In this configuration, the first IGBT/diode pair 98, 100 and the second IGBT/diode pair 102, 104 are electrically coupled in series. Here this design places all of the semiconductor dies embedded in the substrate 108 between t between the two pin fin connectors 110, 112, thereby ensuring that the cooling effect available from each is substantially equivalent, including the cooling effect of the center trace 106, which can act as a heat conductor to the output pin fin connector 114.

Sowohl bei der in 3 als auch in 4 veranschaulichten Implementierung wird eine Beschichtung 116, 118 über die freiliegenden Abschnitte der Substrate 78, 108 aufgebracht. Diese Beschichtungen 116, 118 können jedes in diesem Dokument offenbarte Beschichtungsmaterial sein. Eine große Vielfalt von eingebetteten Die-Konfigurationen kann in Kombination mit der Struktur der Stiftrippenanschlüsse unter Verwendung der in diesem Dokument offenbarten Prinzipien konstruiert werden. Es kann ebenfalls einer von einer großen Vielfalt von Halbleiter-Dies verwendet werden, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, Leistungshalbleiter-Dies, Prozessoren, Speicher, IGBTs, Dioden, Gleichrichter, Metalloxid-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Galliumarsenidvorrichtungen, Hoch-Elektronen-Mobilitäts-Transistoren (HEMTs), passive Komponenten (Kondensatoren, Widerstände, Induktoren usw.) oder eine beliebige andere Halbleitervorrichtung oder -komponente. Dieser Prozess des Einbettens der Dies und des Bildens der Leiterbahnen funktioniert auch, um die verschiedenen Dies parallel zu koppeln oder die Dies übereinander zu stapeln. In verschiedenen Verfahrensimplementierungen kann ein Die eingebettet sein, oder es kann mehr als ein Die eingebettet sein.Both at the in 3 as well as in 4 In the illustrated implementation, a coating 116,118 is applied over the exposed portions of the substrates 78,108. These coatings 116, 118 can be any coating material disclosed in this document. A wide variety of embedded die configurations can be constructed in combination with the structure of the pin fin terminations using the principles disclosed in this document. Any of a wide variety of semiconductor dies may also be used, including, as a non-limiting example, power semiconductor dies, processors, memories, IGBTs, diodes, rectifiers, metal oxide field effect transistors (MOSFETs), gallium arsenide devices, high electron mobility -Transistors (HEMTs), passive components (capacitors, resistors, inductors, etc.), or any other semiconductor device or component. This process of embedding the dies and forming the traces also works to couple the different dies in parallel or to stack the dies on top of each other. In various method implementations, one die may be embedded, or more than one die may be embedded.

Verschiedene Verfahren zum Bilden von Halbleitergehäusen wie diejenigen, die in diesem Dokument offenbart sind, beinhalten Prozesse des Bildens von Substraten und des Befestigens von Komponenten daran. Unter Bezugnahme auf 5 wird eine Querschnittsansicht einer Substrat-120-Implementierung nach dem Prozess des Einbettens von vier Halbleiter-Dies 122 darin und des Bildens von Leiterbahnen 124 zum Verbinden der Dies 122 miteinander veranschaulicht. Der Prozess zum Einbetten der Dies und des Bildens der Leiterbahnen kann, als nicht einschränkendes Beispiel, beliebige der folgenden Schritte beinhalten: Laminieren der Dies in eine oder mehrere Schichten von Leiterplattenmaterial, Laminieren der Leiterbahnen, das Strukturieren und Ätzen der Leiterbahnen, Formen der Dies mit dem Leiterplattenmaterial, oder jeden anderen Verarbeitungsschritt zum Einbetten der Dies und verwandten Komponenten und/oder Bilden der Leiterbahnen im Material der Leiterplatte. Die Fähigkeit, das Die in das Material des Substrats 120 einzubetten, ermöglicht die Verwendung des Halbleitergehäuses in einer Immersionskühlkammer, da die Dies nicht separat dem Kühlmittel ausgesetzt sind, sondern durch das Material des Substrats geschützt ist. Diese Technik kann sicherstellen, dass das Gehäuse einen gewünschten Grad an Zuverlässigkeit und/oder Langlebigkeit in der Immersionskühlkammer aufweist.Various methods of forming semiconductor packages, such as those disclosed in this document, involve processes of forming substrates and attaching components thereto. With reference to 5 Illustrated is a cross-sectional view of a substrate 120 implementation after the process of embedding four semiconductor dies 122 therein and forming conductive traces 124 to connect the dies 122 together. The process of embedding the dies and forming the conductive traces may include, by way of non-limiting example, any of the following steps: laminating the dies into one or more layers of circuit board material, laminating the conductive traces, patterning and etching the conductive traces, shaping the dies with the circuit board material, or any other processing step for embedding the dies and related components and/or forming the conductive traces in the material of the circuit board. The ability to embed the die in the substrate 120 material allows the semiconductor package to be used in an immersion cooling chamber since the die is not separately exposed to the coolant but is protected by the substrate material. This technique can ensure that the housing has a desired level of reliability and/or longevity in the immersion cooling chamber.

Bezug nehmend auf 6 ist das Substrat 120 von 5 nach der Kopplung von drei Rippenabschnitten 126, 128, 130 mit gegenüberliegenden Seiten des Substrats 120 veranschaulicht. Die Rippenabschnitte sind Stiftrippen, wie sie in diesem Dokument offenbart sind, aber die Rippenabschnitte können jeder andere Typ sein, der in diesem Dokument offenbart ist. Der Prozess des Koppelns der Rippenabschnitte kann eine große Vielfalt von Techniken beinhalten, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, Löten, Bonden, Hartlöten, Kleben, Thermokompressionsbonden, Fügen unter Verwendung eines Lötmittels, Fügen unter Verwendung eines Befestigungsfilms, Fügen unter Verwendung eines Klebstoffs oder eines anderen Verfahrens zum Koppeln von zwei Materialien miteinander, um die Wärmeübertragung/den Stromdurchgang zu erleichtern. Wie in 6 sichtbar, stellen die drei Rippenabschnitte 126, 128, 130 einen elektrischen Kontakt mit den Leiterbahnen 124 her. Auf diese Weise können die Rippenabschnitte eine Doppelfunktion als elektrische Anschlüsse sowie als Wärmeübertragungsvorrichtungen ausüben. Die Verwendung einer Immersionskühlkammer mit einem dielektrischen Kühlmittel gewährleistet, dass während des Betriebs diese elektrisch erregten Rippenabschnitte nicht die Fähigkeit haben, Kurzschlüsse auszulösen oder anderweitig Elektrizität zu unerwünschten Strukturen/Personen zu leiten. Die Materialien, die für die drei Rippenabschnitte verwendet werden, können eines von einer großen Vielfalt von thermisch leitfähigen Materialien sein, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, Metalle, Metalllegierungen, Aluminiumoxid, Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder jedes andere wärmeleitfähige Material.Referring to 6 is the substrate 120 of 5 after the coupling of three rib sections 126, 128, 130 to opposite sides of the substrate 120 is illustrated. The rib sections are pin ribs as disclosed in this document, but the rib sections can be any other type disclosed in this document. The process of coupling the rib portions may involve a wide variety of techniques including, as a non-limiting example, soldering, bonding, brazing, gluing, thermocompression bonding, joining using a solder, joining using an attachment film, joining using an adhesive or a other method of coupling two materials together to facilitate heat transfer/electricity passage. As in 6 As can be seen, the three rib portions 126, 128, 130 make electrical contact with the conductive traces 124. FIG. In this way, the fin sections can perform dual functions as electrical connectors as well as heat transfer devices. The use of an immersion cooling chamber with a dielectric coolant ensures that during operation these electrically energized fin sections do not have the ability to short out or otherwise conduct electricity to unwanted structures/persons. The materials used for the three fin sections can be any of a wide variety of thermally conductive materials including, by way of non-limiting example, metals, metal alloys, alumina, copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys, or any other thermally conductive material.

6 veranschaulicht auch die Kopplung des Signalanschlussdrahtverbinders 138 in das Material des Substrats 120, wodurch die Leiterbahnverbindungen (nicht in der Querschnittsansicht von 6 veranschaulicht) mit dem Signalanschlussdrahtverbinder 138 mechanisch und elektrisch gekoppelt werden. Mehrere Signalanschlussdrahtverbinder können in verschiedenen Implementierungen mit dem Substrat 120 gekoppelt sein, in Abhängigkeit von der Anzahl von Leiterbahnverbindungen, die in dem Substrat enthalten sind. Außerdem ist der Aufnahmeabschnitt 140 als mit dem/um das/in das Ende 142 des Substrats 120 gekoppelt veranschaulicht. Die bestimmten Signalanschlussdrahtverbinder und Aufnahmeabschnitte, die an diesem Punkt mit dem Substrat gekoppelt sind, können beliebige der in diesem Dokument offenbarten sein, je nach dem Typ des elektrischen Verbinders für die elektrischen Kabel und dem Aufnahmetyp, die verwendet werden, um das Gehäuse in der Immersionskühlkammer zu unterstützen. 6 also illustrates the coupling of the signal lead wire connector 138 into the material of the substrate 120, whereby the trace connections (not shown in the cross-sectional view of FIG 6 illustrated) are mechanically and electrically coupled to the signal lead wire connector 138 . Multiple signal wire connectors may be coupled to the substrate 120 in various implementations depending on the number of trace connections included in the substrate. Additionally, the receiving portion 140 is illustrated as being coupled to/around/into the end 142 of the substrate 120 . The particular signal lead wire connectors and receptacle portions coupled to the substrate at this point may be any of those disclosed in this document depending on the type of electrical connector for the electrical cables and receptacle type used. to support the housing in the immersion cooling chamber.

Unter Bezugnahme auf 7 ist das Substrat 120 von 6 nach der Kopplung der Anschlüsse 132, 134, 136 in die drei Rippenabschnitte 126, 128, 130 veranschaulicht. Die Kopplung kann unter Verwendung einer großen Vielfalt von Verfahren erfolgen, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, durch Löten, Schrauben, Bonden, Kleben, Klemmen, Nieten oder jedes andere Verfahren zum Koppeln zweier Metallstücke miteinander. In der in 7 veranschaulichten Implementierung ist der Anschluss 132 ein N-Anschluss, der Anschluss 134 ist ein P-Anschluss, und der Anschluss 130 ist ein Ausgangsanschluss. Die besondere Form und der Typ jedes der Anschlüsse 132, 134, 136 sind abhängig von der Art des elektrischen Kabels, das verwendet wird, um die Verbindung mit jedem Anschluss herzustellen, der ein beliebiger sein kann, der in diesem Dokument offenbart ist.With reference to 7 is the substrate 120 of 6 after coupling the terminals 132,134,136 into the three rib sections 126,128,130. The coupling can be accomplished using a wide variety of methods including, as a non-limiting example, soldering, screwing, bonding, gluing, clamping, riveting, or any other method of coupling two pieces of metal together. in the in 7 In the illustrated implementation, port 132 is an N-port, port 134 is a P-port, and port 130 is an output port. The particular shape and type of each of the terminals 132, 134, 136 is dependent on the type of electrical cable used to make the connection to each terminal, which may be any of those disclosed in this document.

Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Ansicht des fertiggestellten Gehäuses 144 nach der Aufbringung der Beschichtung 146 über die freiliegenden Abschnitte des Substrats 120 veranschaulicht. Das für die Beschichtung 146 verwendete Material kann ein beliebiges sein, das in diesem Dokument offenbart ist. In bestimmten Verfahrensimplementierungen, bei denen die Beschichtung zwei oder mehr Schichten aufweist, können mehrere Anwendungsschritte nacheinander durchgeführt werden (zusammen mit einer entsprechenden Anzahl von Härtungs-/Trocknungsschritten). Zum Beispiel kann ein gelartiges Material in einem ersten Beschichtungsprozess aufgebracht werden, gefolgt von der Anwendung einer Formmasse durch einen Formprozess, um ein zweilagiges Beschichtungsmaterial zu bilden. In einigen Implementierungen kann der Aufbringungsprozess für die Beschichtung ein Druckprozess sein. In anderen Implementierungen kann der Aufbringungsprozess ein Formprozess sein. In anderen Implementierungen kann die Beschichtung unter Verwendung von, als nicht einschränkendes Beispiel, Sprühen, Tauchen, Dispensieren, chemischer Dampfabscheidung, Sputtern, physischer Dampfphasenabscheidung, Filmauftrag oder einem anderen Verfahren zum Bilden einer Materialschicht über einem Substrat aufgebracht werden.With reference to 8th A view of the completed housing 144 after the application of the coating 146 over the exposed portions of the substrate 120 is illustrated. The material used for the coating 146 can be any of those disclosed in this document. In certain process implementations where the coating has two or more layers, multiple application steps may be performed sequentially (along with a corresponding number of curing/drying steps). For example, a gel-like material can be applied in a first coating process, followed by application of a molding compound through a molding process to form a two-layer coating material. In some implementations, the application process for the coating may be a printing process. In other implementations, the deposition process can be a molding process. In other implementations, the coating may be applied using, as a non-limiting example, spraying, dipping, dispensing, chemical vapor deposition, sputtering, physical vapor deposition, film deposition, or other method to form a layer of material over a substrate.

In verschiedenen Halbleitergehäuse-Implementierungen, während die hierin veranschaulichten Stiftrippen als in dem Kühlmittel suspendiert veranschaulicht sind, können einer oder mehrere der Stiftrippenanschlüsse die Wand/Wände der Immersionskühlkammer berühren. In einigen können die Stiftrippenanschlüsse direkt mit den/über die Wände(n) durch Schrauben/Boden gekoppelt werden; in anderen können der/die Stiftrippenanschluss/-anschlüsse lediglich in physischem Kontakt mit der Wand/den Wänden der Immersionskühlkammer stehen. In derartigen Implementierungen, bei denen eine ausreichende mechanische Stütze durch/gegen die Wände der Immersionskühlkammer unter Verwendung der Stiftrippen verfügbar ist, kann unter Umständen keine Aufnahmevorrichtung verwendet werden, um das darin befindliche Halbleitergehäuse weiter zu sichern. In derartigen Implementierungen kann kein Aufnahmeabschnitt mit dem Substrat enthalten/gekoppelt sein. Außerdem ist in derartigen Implementierungen eine zusätzliche leitfähige Wärmeübertragung an die Wand/Wände der Immersionskühlkammer möglich. Eine große Vielfalt von Konfigurationen von Stiftrippenanschlüssen für verschiedene Halbleitergehäuse-Implementierungen, die Kontakt/Bonden mit der Wand/den Wänden der Immersionskühlkammer beinhalten, können unter Verwendung der in diesem Dokument offenbarten Prinzipien entwickelt werden.In various semiconductor package implementations, while the pin-fins illustrated herein are illustrated as being suspended in the coolant, one or more of the pin-fin leads may contact the wall(s) of the immersion cooling chamber. In some, the pin fin connectors can be coupled directly to/across the wall(s) by screws/floor; in others, the pin fin connector(s) may merely be in physical contact with the wall(s) of the immersion cooling chamber. In such implementations, where sufficient mechanical support is available through/against the walls of the immersion cooling chamber using the pin fins, a receptacle may not be used to further secure the semiconductor package therein. In such implementations, a receiving portion may not be included/coupled to the substrate. Additionally, additional conductive heat transfer to the wall(s) of the immersion cooling chamber is possible in such implementations. A wide variety of pin fin termination configurations for various semiconductor package implementations that include contact/bonding to the wall(s) of the immersion cooling chamber can be developed using the principles disclosed in this document.

Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse ein P-Anschluss, N-Anschluss und ein Ausgangsanschluss sind.Implementations of a semiconductor package may include the at least three pin fin terminals being a P-terminal, N-terminal, and an output terminal.

Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass nur ein Substrat enthalten ist.Implementations of a semiconductor package may include only one substrate being included.

Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse sechs Stiftrippenanschlüsse sind und die sechs Stiftanschlüsse ein P-Anschluss, ein N-Anschluss, ein U-Ausgangsanschluss, ein V-Ausgangsanschluss und ein W-Ausgangsanschluss sind.Implementations of a semiconductor package may include where the at least three pin-fin terminals are six pin-fin terminals and the six pin terminals are a P-terminal, an N-terminal, a U-out terminal, a V-out terminal, and a W-out terminal.

Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass das Gehäuse ein Traktionsumrichtermodul ist.Implementations of a semiconductor package may include the package being a traction converter module.

Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass der N-Anschluss und der P-Anschluss mit gegenüberliegenden Seiten des Substrats gekoppelt sind.Implementations of a semiconductor package may include the N-terminal and the P-terminal coupled to opposite sides of the substrate.

Es versteht sich ohne Weiteres, dass dort, wo sich die vorstehende Beschreibung auf besondere Implementierungen von Halbleitergehäusen und implementierenden Komponenten, Teilkomponenten, Verfahren und Teilverfahren bezieht, eine Reihe von Abwandlungen vorgenommen werden kann, ohne von ihrem Wesen abzuweichen, und dass diese Implementierungen, implementierenden Komponenten, Teilkomponenten, Verfahren und Teilverfahren auch auf andere Halbleitergehäusetypen angewendet werden können.It will be readily understood that where the foregoing description refers to particular implementations of semiconductor packages and implementing components, sub-components, methods and sub-methods, a number of modifications can be made without departing from the essence and that these implementations, implementing Components, sub-components, methods and sub-methods can also be applied to other semiconductor package types.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 63202561 [0001]US63202561 [0001]

Claims (10)

Halbleitergehäuse, umfassend: ein oder mehrere Halbleiter-Dies, die in ein Substrat eingebettet sind; mindestens drei Stiftrippenanschlüsse, die mit dem Substrat gekoppelt sind; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder und einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind; wobei der Aufnahmeabschnitt dazu konfiguriert ist, an einer Aufnahme in einer Immersionskühlkammer befestigt zu werden, die das Kühlmittel umfasst.A semiconductor package comprising: one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least three pin fin terminals coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and a coating directly coupled to all surfaces of the substrate exposed to coolant during operation; wherein the receptacle portion is configured to be attached to a receptacle in an immersion cooling chamber containing the coolant. Gehäuse nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies entweder parallel gekoppelt sind, wenn sie in das Substrat eingebettet sind, oder gestapelt sind, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.housing after claim 1 wherein the one or more semiconductor dies are either coupled in parallel when embedded in the substrate or stacked when embedded in the substrate. Gehäuse nach Anspruch 1, wobei zwei der mindestens drei Stiftrippenanschlüsse mit gegenüberliegenden Seiten des Substrats gekoppelt sind.housing after claim 1 wherein two of the at least three pin fin terminals are coupled to opposite sides of the substrate. Immersionskühlsystem, umfassend: eine Immersionskühlkammer, die ein Kühlmittel umfasst, das mit einem Kühl-Wärmetauscher gekoppelt ist; ein Halbleitergehäuse, das in das Kühlmittel eingetaucht ist, wobei das Halbleitergehäuse Folgendes umfasst: ein oder mehrere Halbleiter-Dies, die in ein Substrat eingebettet sind; mindestens einen Stiftrippenanschluss, der mit dem Substrat gekoppelt ist; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder und einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind;Immersion cooling system comprising: an immersion cooling chamber including a coolant coupled to a cooling heat exchanger; a semiconductor package immersed in the coolant, the semiconductor package comprising: one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least one pin fin terminal coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and a coating directly coupled to all surfaces of the substrate exposed to coolant during operation; System nach Anspruch 4, wobei der Aufnahmeabschnitt dazu konfiguriert ist, an einer mit der Immersionskühlkammer gekoppelten Aufnahme befestigt zu werden.system after claim 4 , wherein the receptacle portion is configured to be attached to a receptacle coupled to the immersion cooling chamber. System nach Anspruch 4, wobei das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies parallel gekoppelt sind, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.system after claim 4 , wherein the one or more semiconductor dies are coupled in parallel when embedded in the substrate. System nach Anspruch 4, wobei das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies gestapelt sind, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.system after claim 4 , wherein the one or more semiconductor dies are stacked when embedded in the substrate. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitergehäuses, umfassend: Einbetten eines oder mehrerer Halbleiter-Dies in ein Substrat; Koppeln mindestens eines Stiftrippenanschlusses direkt mit einer Seite des Substrats unter Verwendung eines Fügeprozesses; Koppeln mindestens eines Signalanschlussdrahtverbinders und eines mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitts; und Aufbringen einer Beschichtung direkt über alle Oberflächen des Substrats, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind.A method of forming a semiconductor package, comprising: embedding one or more semiconductor dies in a substrate; coupling at least one pin fin terminal directly to a side of the substrate using a bonding process; coupling at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and Applying a coating directly over all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einbetten des einen oder der mehreren Halbleiter-Dies ferner das Stapeln von zwei oder mehr Halbleiter-Dies umfasst.procedure after claim 8 , wherein embedding the one or more semiconductor dies further comprises stacking two or more semiconductor dies. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einbetten des einen oder der mehreren Halbleiter-Dies ferner das parallele elektrische Koppeln von zwei oder mehr Halbleiter-Dies umfasst.procedure after claim 8 , wherein embedding the one or more semiconductor dies further comprises electrically coupling two or more semiconductor dies in parallel.
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